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한빛사 인터뷰
한빛사 인터뷰
- 등록2016-09-09
- 조회5,896
J. Am. Chem. Soc., Publication Date (Web): August 16, 2016 | DOI: 10.1021/jacs.6b05048
Visualization and Quantification of MicroRNA in a Single Cell Using Atomic Force Microscopy
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
MicroRNA (miRNA)는 19-25개 염기로 이루어진 작은 단일가닥 RNA로서 특정 메신저 RNA에 결합하여 단백질이 만들어지는 것을 억제합니다. 이는 인간 전체 유전자 발현의 30% 이상에 관여하는 것으로 알려졌으며 세포 증식, 사멸, 발달 및 분화 등의 다양한 생물학적인 기능을 미세 조정하는 역할을 한다고 알려져 있습니다. 특히, miRNA의 비정상적인 발현과 다양한 질병과의 연관성에 대한 연구와 생체 조직, 세포 및 체액에 존재하는 miRNA를 이용하여 질병의 조기 진단, 예후 판단 및 치료법 개발에 활용하려는 연구가 지속되고 있으며, 초기 상태의 종양 세포 등을 구별하기 위해 단일 세포를 분석할 수 있는 고민감도의 miRNA 분석법의 개발이 요구되고 있습니다.
따라서 이 논문에서는 나노미터 수준의 공간 분해능으로 3차원 표면 이미징이 가능할 뿐만 아니라 탐침과 표면 간의 상호작용력을 수 피코뉴튼 (picoNewton, pN) 수준으로 분석이 가능한 원자힘 현미경 (Atomic Force Microscopy)을 이용하여 생체 내와 유사한 조건에서 단일 신경세포 내에 존재하는 miRNA를 검출할 수 있는 기술을 개발하였습니다. 특히, DNA와 miRNA가 혼성화된 이중가닥에 특이적으로 결합하는 HBD (Hybrid Binding Domain)가 고정된 AFM 탐침을 이용하여 mature miRNA를 선택적으로 검출 할 수 있으며 무표지의 miRNA를 단일 세포 수준에서 초고민감도로 정량분석이 가능합니다. 또한 단일 신경세포 내 특정 영역의 결합힘-지도화를 수행하여 표적 miRNA의 공간적 분포 분석을 통해 세포 내 miRNA을 고해상도로 시각화하는 방법을 제안하였습니다.
결론적으로 miRNA는 암을 포함한 질병의 조기진단, 치료를 가능하게 하는 바이오마커로서 현 기술들은 민감도가 낮아서 높은 농도의 miRNA만 분석이 가능하지만 본 연구자는 극미량 miRNA를 정량분석 할 수 있는 원자 힘 현미경 기술을 세계 최초로 개발하였습니다. 즉, 원자 힘 현미경의 결합힘-지도화를 이용하여 miRNA를 단일세포수준에서 샘플의 표지나 증폭과정 없이 극미량의 miRNA를 정량분석 할 수 있으며, 개개의 마이크로RNA를 표준화 (Normalization) 없이 절대 정량 (Absolute Quantification)이 가능합니다. 또한, 생체 시료 상에서 DNA/RNA 혼성화를 인시츄 (In-situ)를 형성한 후, 단일 세포 내 DNA/RNA 혼성화체의 이중나선의 공간적 분포를 분석함으로써, 단일 세포 내 miRNA의 나노미터 수준 고해상도 시각화가 가능하기 때문에 세포의 다양성 연구 및 단일 세포 진단에 유용하게 활용될 수 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
제가 연구 및 학위과정을 수행하고 있는 연구실은 포항공과대학교 화학과 박준원 교수님 실험실의 초 감응 분자박막 연구실 (Supersensitive Molecular Layer Laboratory) 입니다. 저희 연구실에서는 표면화학을 바탕으로 하여 원자힘 현미경을 이용한 단일 분자간의 상호작용력을 측정하여 다양한 물리, 화학적 현상들을 관찰하고 분석하여 다양한 재료들의 특성에 대한 메커니즘 연구를 중점적으로 수행하고 있습니다. 따라서 이를 바탕으로 현재 (1) 바이오마커의 단일 세포 내 극미량 검출 및 분포 분석 연구, (2) 극미량 DNA 정량 분석, (3) 나노입자가 도입된 원자힘 현미경 탐침을 이용한 팁 증강 라만 분광학 연구, (4) 원자힘 현미경을 활용한 DNA Sequencing 기술 개발, (5) 전도성 고분자 박막의 특성 연구 등의 다양한 연구를 활발히 수행하고 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
저는 학부 과정부터 한 전공분야에 국한되지 않고 다양한 전공이 결합된 융합 연구에 대한 관심이 많았습니다. 따라서 융합연구자가 되고자 하는 목표를 가지고 학부는 재료공학을 전공하였고 대학원에 진학하여 화학과 생명과학을 전공하고 있으며, 연구 주제 또한 재료, 화학, 물리, 생명과학이 어우러진 융합연구를 수행하고 있습니다. 연구에 있어 다양한 학문을 공부한다는 것은 그만큼 많은 노력과 책임이 따른다는 것을 학위 과정을 하면서 느끼고 있으며, 주위의 도움도 많이 필요로 합니다. 저는 운이 좋게도 지도교수님이신 박준원 교수님의 지도하에 훌륭한 가르침을 받을 수 있었고, 많은 선·후배님들과 동기들의 도움으로 어려움과 난관들을 극복할 수 있었습니다. 따라서 융합연구에 대한 두려움 보다 새로운 도전을 선택한다면 그 어떤 성취감 보다 큰 보람을 느낄 수 있을 것입니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
단 분자 힘 분광학 연구 분야는 빠른 시일 내에 결과를 도출해 낼 수 있는 분야가 아니기 때문에 조급함을 버리고 인내심과 우직함으로 연구를 수행한다면 좋은 결과는 자연스럽게 뒤따라 올 것이라 생각됩니다. 특히 원자 힘 현미경은 단 분자들의 메커니즘 연구에 굉장히 유용한 기술이기 때문에 다양한 재료들의 단 분자들의 현상을 관찰하고 분석하여 재료 고유의 특성과 아직 알려지지 않은 다양한 현상들에 대해 연구를 하고자 하는 학생들과 융합연구를 수행하고자 하는 학생들에게 좋은 연구성과를 도출해 낼 수 있는 분야라고 말씀 드리고 싶습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
원자힘 현미경을 이용한 단일 신경세포에서의 miRNA 분석 기술 개발에 대한 연구를 연장하여 단일 신경세포의 중요 영역에 대한 miRNA 정량 및 분포 분석과 더 나아가 질병 모델을 이용하여 miRNA로 인한 질병 원인에 대한 연구를 지속적으로 수행할 예정입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
저에게 항상 격려해주시고 연구자로서의 목표의식과 책임감을 가르쳐주신 지도교수 박준원 교수님께 이 자리를 빌어 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 그리고 연구에 대해 아낌없는 지도와 조언을 해주신 김정훈 교수님 (분자신경과학 연구실, POSTECH) 께도 감사 드립니다. 또한 함께 생활하며 많은 도움을 주는 J-lab 멤버들과 언제나 좋은 말씀을 해주시는 J-lab 선배님들께 감사하다는 말씀 꼭 드리고 싶습니다. 마지막으로 언제나 제 삶의 원동력이 되고 많은 힘을 주는 가족들과 늘 응원해 주는 친구들에게 감사의 말씀들 전합니다.
MicroRNA (miRNA)는 19-25개 염기로 이루어진 작은 단일가닥 RNA로서 특정 메신저 RNA에 결합하여 단백질이 만들어지는 것을 억제합니다. 이는 인간 전체 유전자 발현의 30% 이상에 관여하는 것으로 알려졌으며 세포 증식, 사멸, 발달 및 분화 등의 다양한 생물학적인 기능을 미세 조정하는 역할을 한다고 알려져 있습니다. 특히, miRNA의 비정상적인 발현과 다양한 질병과의 연관성에 대한 연구와 생체 조직, 세포 및 체액에 존재하는 miRNA를 이용하여 질병의 조기 진단, 예후 판단 및 치료법 개발에 활용하려는 연구가 지속되고 있으며, 초기 상태의 종양 세포 등을 구별하기 위해 단일 세포를 분석할 수 있는 고민감도의 miRNA 분석법의 개발이 요구되고 있습니다.
따라서 이 논문에서는 나노미터 수준의 공간 분해능으로 3차원 표면 이미징이 가능할 뿐만 아니라 탐침과 표면 간의 상호작용력을 수 피코뉴튼 (picoNewton, pN) 수준으로 분석이 가능한 원자힘 현미경 (Atomic Force Microscopy)을 이용하여 생체 내와 유사한 조건에서 단일 신경세포 내에 존재하는 miRNA를 검출할 수 있는 기술을 개발하였습니다. 특히, DNA와 miRNA가 혼성화된 이중가닥에 특이적으로 결합하는 HBD (Hybrid Binding Domain)가 고정된 AFM 탐침을 이용하여 mature miRNA를 선택적으로 검출 할 수 있으며 무표지의 miRNA를 단일 세포 수준에서 초고민감도로 정량분석이 가능합니다. 또한 단일 신경세포 내 특정 영역의 결합힘-지도화를 수행하여 표적 miRNA의 공간적 분포 분석을 통해 세포 내 miRNA을 고해상도로 시각화하는 방법을 제안하였습니다.
결론적으로 miRNA는 암을 포함한 질병의 조기진단, 치료를 가능하게 하는 바이오마커로서 현 기술들은 민감도가 낮아서 높은 농도의 miRNA만 분석이 가능하지만 본 연구자는 극미량 miRNA를 정량분석 할 수 있는 원자 힘 현미경 기술을 세계 최초로 개발하였습니다. 즉, 원자 힘 현미경의 결합힘-지도화를 이용하여 miRNA를 단일세포수준에서 샘플의 표지나 증폭과정 없이 극미량의 miRNA를 정량분석 할 수 있으며, 개개의 마이크로RNA를 표준화 (Normalization) 없이 절대 정량 (Absolute Quantification)이 가능합니다. 또한, 생체 시료 상에서 DNA/RNA 혼성화를 인시츄 (In-situ)를 형성한 후, 단일 세포 내 DNA/RNA 혼성화체의 이중나선의 공간적 분포를 분석함으로써, 단일 세포 내 miRNA의 나노미터 수준 고해상도 시각화가 가능하기 때문에 세포의 다양성 연구 및 단일 세포 진단에 유용하게 활용될 수 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
제가 연구 및 학위과정을 수행하고 있는 연구실은 포항공과대학교 화학과 박준원 교수님 실험실의 초 감응 분자박막 연구실 (Supersensitive Molecular Layer Laboratory) 입니다. 저희 연구실에서는 표면화학을 바탕으로 하여 원자힘 현미경을 이용한 단일 분자간의 상호작용력을 측정하여 다양한 물리, 화학적 현상들을 관찰하고 분석하여 다양한 재료들의 특성에 대한 메커니즘 연구를 중점적으로 수행하고 있습니다. 따라서 이를 바탕으로 현재 (1) 바이오마커의 단일 세포 내 극미량 검출 및 분포 분석 연구, (2) 극미량 DNA 정량 분석, (3) 나노입자가 도입된 원자힘 현미경 탐침을 이용한 팁 증강 라만 분광학 연구, (4) 원자힘 현미경을 활용한 DNA Sequencing 기술 개발, (5) 전도성 고분자 박막의 특성 연구 등의 다양한 연구를 활발히 수행하고 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
저는 학부 과정부터 한 전공분야에 국한되지 않고 다양한 전공이 결합된 융합 연구에 대한 관심이 많았습니다. 따라서 융합연구자가 되고자 하는 목표를 가지고 학부는 재료공학을 전공하였고 대학원에 진학하여 화학과 생명과학을 전공하고 있으며, 연구 주제 또한 재료, 화학, 물리, 생명과학이 어우러진 융합연구를 수행하고 있습니다. 연구에 있어 다양한 학문을 공부한다는 것은 그만큼 많은 노력과 책임이 따른다는 것을 학위 과정을 하면서 느끼고 있으며, 주위의 도움도 많이 필요로 합니다. 저는 운이 좋게도 지도교수님이신 박준원 교수님의 지도하에 훌륭한 가르침을 받을 수 있었고, 많은 선·후배님들과 동기들의 도움으로 어려움과 난관들을 극복할 수 있었습니다. 따라서 융합연구에 대한 두려움 보다 새로운 도전을 선택한다면 그 어떤 성취감 보다 큰 보람을 느낄 수 있을 것입니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
단 분자 힘 분광학 연구 분야는 빠른 시일 내에 결과를 도출해 낼 수 있는 분야가 아니기 때문에 조급함을 버리고 인내심과 우직함으로 연구를 수행한다면 좋은 결과는 자연스럽게 뒤따라 올 것이라 생각됩니다. 특히 원자 힘 현미경은 단 분자들의 메커니즘 연구에 굉장히 유용한 기술이기 때문에 다양한 재료들의 단 분자들의 현상을 관찰하고 분석하여 재료 고유의 특성과 아직 알려지지 않은 다양한 현상들에 대해 연구를 하고자 하는 학생들과 융합연구를 수행하고자 하는 학생들에게 좋은 연구성과를 도출해 낼 수 있는 분야라고 말씀 드리고 싶습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
원자힘 현미경을 이용한 단일 신경세포에서의 miRNA 분석 기술 개발에 대한 연구를 연장하여 단일 신경세포의 중요 영역에 대한 miRNA 정량 및 분포 분석과 더 나아가 질병 모델을 이용하여 miRNA로 인한 질병 원인에 대한 연구를 지속적으로 수행할 예정입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
저에게 항상 격려해주시고 연구자로서의 목표의식과 책임감을 가르쳐주신 지도교수 박준원 교수님께 이 자리를 빌어 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 그리고 연구에 대해 아낌없는 지도와 조언을 해주신 김정훈 교수님 (분자신경과학 연구실, POSTECH) 께도 감사 드립니다. 또한 함께 생활하며 많은 도움을 주는 J-lab 멤버들과 언제나 좋은 말씀을 해주시는 J-lab 선배님들께 감사하다는 말씀 꼭 드리고 싶습니다. 마지막으로 언제나 제 삶의 원동력이 되고 많은 힘을 주는 가족들과 늘 응원해 주는 친구들에게 감사의 말씀들 전합니다.
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